Обратная связь в электронных устройствах

Обратной связью (ОС) в общем случае называется подача части (или всей) энергии из выходной цепи во входную. Структурная схема организаций ОС в электронных устройствах показана на рис. 3.14, где К₀ – коэффициент прямой передачи сигнала, ϰ – коэффициент передачи цепи ОС, контур К₀ - ϰ – петля ОС. Практически почти всегда ОС рассматривают как однонаправленную, т.е. считают, что прямой передачи сигнала через цепь ОС нет. При этом в физическом плане ОС может быть:

- внутренней, обусловленной природой используемых активных элементов;

- внешней, организуемой с помощью специальных цепей ОС;

- паразитной, образующейся за счет паразитных связей между элементами устройства.

Следует отметить, что ОС сильно влияет на характеристики устройств и, если внутренняя и паразитная ОС трудно устранимы и не всегда управляемы, то за счет внешней ОС можно значительно улучшать их выходные параметры.

В зависимости от присоединения цепи ОС ко входу и выходу устройства различают:

- последовательную (со сложением напряжений) ОС по напряжению, когда сигнал ОС ~ U_вых (рис. 3.15 а);

- последовательную ОС по току, когда сигнал ОС ~ I_вых (рис. 3.15 б);

- параллельную (со сложением токов) ОС по напряжению (рис. 3.15 в);

- параллельную ОС по току (рис. 3.15 г).

Практически тип ОС можно определить путем закорачивания или обрыва цепей источника сигнала и нагрузки: если сигнал ОС пропадает при обрыве источника – последовательная ОС, если при закорачивании источника – параллельная ОС, если при закорачивании нагрузки – ОС по напряжению, если при обрыве нагрузки – ОС по току.

Для оценки влияния ОС на характеристики устройства рассмотрим, например, последовательную ОС по напряжению (рис. 3.15 а). Считая, что  из рис 3.15 а получаем ; , откуда коэффициент передачи

                                       ,                               (3.21)

т.е. при введении ОС коэффициент передачи изменяется в  раз, где величину  обычно называют петлевым усилением. Из (3.21) следует, что для положительной ОС

                                            ,                                     (3.22)

а для отрицательной –

                                            ,                                     (3.23)

т.е. введение положительной ОС увеличивает, а отрицательной – уменьшает К_U.

Полагая ϰ = const, что на практике выполняется в большинстве случаев, из (3.23) нетрудно получить фундаментальное соотношение для цепей с отрицательной ОС

                         ,                 (3.24)

что означает повышение стабильности  в широком смысле, а именно, к изменениям режима, параметров сигнала, температуры и т.п.

Аналогично предыдущему можно показать, что при последовательной отрицательной ОС по напряжению

                            ,                    (3.25)

а при параллельной отрицательной ОС по току –

                           .                   (3.26)

Эти качества отрицательной ОС позволяют при ее применении, помимо повышения стабильности, придавать устройствам свойства, близкие идеальным управляемым источникам тока и напряжения.